晶体管的六十年:从摇滚时代到铪
贝尔实验室 60 年前研制出的那款晶体管。几乎我们今天使用的所有电子设备离开晶体管都将无法生存……
正是其微型开关的角色,使得芯片中可以放置数亿个晶体管,而芯片也得以成为人们日常使用的电子设备的心脏,这些电子设备有电脑、笔记本电脑和服务器、移动电话、微波、汽车,简直举不胜举。相比第一款晶体管收音机中放置 4 个晶体管,如今英特尔于 2007 年 11 月 12 日发布的全新处理器中的晶体管数量已经达到 8.2 亿个。任何芯片离开晶体管都无法工作,任何计算机离开晶体管也将无法工作,致使晶体管过去 60 年中在技术进步中发挥着不可或缺的作用。
更有趣的是,实质上晶体管并不比普通的电灯开关做得工作多的多:“接通”或“断开”。晶体管的接通状态标记为 “1”,断开状态标记为“0”。大量晶体管将产生 1 和 0 供计算机用来计算、处理文本、播放 DVD 和显示图像。
晶体管的发明要归功于贝尔实验室的三位同事:John Bardeen、Walter Brattain 和 William Shockley,他们也因为此项发明于 1956 年被授予诺贝尔化学奖。晶体管的名字是由贝尔电话实验室研究员 John R. Pierce 想出的。1948 年 5 月,也就是此项发明随后六七个月的时间里,他赢得实验室关于此项发明最易记名字的投票。单词晶体管是“跨导”(导电)和“可变电阻器”或“变阻器”的合成词。
摇滚
Bardeen 和 Brattain 于1947 年成功研制出第一款点接触晶体管(point-contact transistor),其中晶体管中的电流沿半导体表面传输。然后,晶体管将流经它的电信号扩大。在晶体管使用的初期,其主要应用就是以比采用当时更大更笨重的真空管更有效的方式来扩大电信号。
为了加速晶体管的发展,贝尔实验室决定按许可提供晶体管技术。包括 IBM 和通用电气在内的 26 家公司购买了许可,每个许可价值 25,000 美元。但是如果晶体管技术想要成功销售,将需要吸引大众的目光。多亏晶体管收音机,这一梦想才得以实现。第一个晶体管收音机于 1954 年 10 月推出,内含 4 个晶体管。现在的便携式收音机意味着处处都可以享受音乐和获取信息——即使在有辨识能力的成年人听力范围之外。正是收音机的便携性,催生了一场新的音乐革命——摇滚。
集成电路
50 年代末,晶体管在收音机、电话和计算机中得以应用,尽管它们比真空管小很多,但是如果要生产出新一代家电设备,它们还需要继续缩小。因此,就需要第二项发明来处理单个晶体管庞大的二进制计算能力,同时又能够以日渐降低的成本进行批量生产。
1958 年,Jack Kilby(Texas Instruments)和 Robert Noyce(Fairchild Semiconductor,随后联合创立英特尔)发现一个集成电路(IC 或芯片)中可以容纳大量晶体管。相比当时各个组件必须人工组装的情形,这真是迈出巨大的一步。

45纳米工艺的四核处理器已能容纳8亿个晶体管
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